DE102019133122A1 - Device for producing and providing sterile water and method for operating the device - Google Patents

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DE102019133122A1 DE102019133122.6A DE102019133122A DE102019133122A1 DE 102019133122 A1 DE102019133122 A1 DE 102019133122A1 DE 102019133122 A DE102019133122 A DE 102019133122A DE 102019133122 A1 DE102019133122 A1 DE 102019133122A1
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Abstract

Eine Vorrichtung (1) zur Herstellung und Bereitstellung von Sterilwasser umfasst einen Einlass (2) für Prozesswasser; einen Rekuperator (3) zur Vorerwämung von Prozesswasser mittels im Gegenstrom fließenden Sterilwassers und zum Abkühlen des Sterilwassers; einen dem Rekuperator nachfolgenden Heizkreislauf mit Pumpe (4), Erhitzer (6) zum Erhitzen von vorerwärmten Prozesswasser und Heißhaltestrecke (7) zum Heißhalten von erhitztem Prozesswasser zur Herstellung von Sterilwasser; einen Temperatursensor (8) zum Messen einer aktuellen Temperatur des die Heißhaltestrecke verlassenden Sterilwassers; ein dem Temperatursensor nachfolgendes Durchflussregelventil (9); einen Bypass (10), der zwischen Durchflussregelventil und Erhitzer vorgesehen ist. Das Durchflussregelventil ist ausgebildet, einen Volumenstrom im Heizkreislauf konstant zu halten, wobei der Rekuperator ausgebildet ist, bei Abnahme eines ersten Teilvolumenstroms von Sterilwasser aus dem Heizkreislauf, das Sterilwasser des ersten Teilvolumenstroms abzukühlen, wobei der Bypass ausgebildet ist, einen zweiten Teilvolumenstrom von Sterilwasser, der einer Differenz zwischen dem Volumenstrom und dem ersten Teilvolumenstrom entspricht, in den Heizkreislauf zurückzuleiten. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung.A device (1) for producing and providing sterile water comprises an inlet (2) for process water; a recuperator (3) for preheating process water by means of sterile water flowing in countercurrent and for cooling the sterile water; a heating circuit following the recuperator with a pump (4), a heater (6) for heating preheated process water and a holding section (7) for holding heated process water to produce sterile water; a temperature sensor (8) for measuring a current temperature of the sterile water leaving the holding section; a flow control valve (9) following the temperature sensor; a bypass (10) which is provided between the flow control valve and the heater. The flow control valve is designed to keep a volume flow constant in the heating circuit, the recuperator being designed to cool the sterile water of the first partial volume flow when a first partial volume flow of sterile water is removed from the heating circuit, the bypass being designed to generate a second partial volume flow of sterile water corresponds to a difference between the volume flow and the first partial volume flow, to be fed back into the heating circuit. The invention also relates to a method for operating the device.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung und Bereitstellung von Sterilwasser gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung gemäß dem Anspruch 9.The invention relates to a device for producing and providing sterile water according to the preamble of claim 1 and a method for operating the device according to claim 9.

Stand der TechnikState of the art

Für den Betrieb von Anlagen mit aseptischem Anspruch kann steriles Wasser notwendig sein. Dieses sterile Wasser wird zum Reinigen von Anlagenteilen, zum Reinigen von Packstoffen, zur Nasshaltung oder zur Kühlung verwendet. Beispiele bei einer aseptischen Füllmaschine sind die Innenreinigung einer Füllmaschine bei einem Sortenwechsel, die Gewindeabspritzung nach dem Füllvorgang, Schmierung von Bauteilen oder Behältern im Flaschenlauf und das Abkühlen des Füllprodukttanks nach der Sterilisation.Sterile water may be necessary for the operation of systems with aseptic requirements. This sterile water is used to clean system components, to clean packaging materials, to keep them wet or for cooling. Examples of an aseptic filling machine are cleaning the inside of a filling machine when changing types, spraying off the thread after filling, lubricating components or containers in the bottle barrel and cooling the filling product tank after sterilization.

Das sterile Wasser wird über eine Sterilwasser-UHT erzeugt, die das zunächst unsterile Wasser erhitzt und eine definierte Zeit konstant heiß hält. Dadurch erfährt das Wasser eine Pasteurisierung, die bei Einhaltung einer Mindesttemperatur und Heißhaltezeit dieses Wasser zum sterilen Wasser definiert.The sterile water is generated by a sterile water UHT, which heats the initially unsterile water and keeps it constantly hot for a defined period of time. As a result, the water is pasteurized, which defines this water as sterile water if a minimum temperature and holding time are maintained.

Bekannt ist, dass das im Kreislauf befindliche Wasser mit einem Nennvolumenstrom pasteurisiert und anschließend über eine Rekuperations- und Kühlstufe auf Normal- oder Betriebstemperatur gekühlt wird. Ab hier kann das Wasser zu den Verbrauchern abgezweigt werden. Wird dem System weniger Wasser als der Nennvolumenstrom entnommen, wird dies dem Kreislaufsystem zurückgeführt und erneut erhitzt werden.It is known that the water in the circuit is pasteurized with a nominal volume flow and then cooled to normal or operating temperature via a recuperation and cooling stage. From here the water can be diverted to the consumers. If less water than the nominal volume flow is withdrawn from the system, this is returned to the circulatory system and heated again.

Bei diesem Verfahren treten Energieverluste auf, die im Stand-by- oder Teillastbetrieb auftreten. Die Energieverluste entstehen durch den Wirkungsgrad der Rekuperation, der in der technischen Praxis bei 90 % liegt. Dieser Verlust muss zum einen über die Energiezufuhr in das noch unsterilen Wassers nach seiner Rekuperation ausgeglichen werden. Zum anderen muss das rekuperierte sterile Wasser im gleichen Maße zusätzlich gekühlt werden. D.h., dass all das Wasser, das nicht verbraucht wird, kontinuierlich um den Rekuperationsverlust erhitzt wird, um dann wieder um den gleichen Betrag gekühlt zu werden. Dies ist ein technisch vermeidbarer Energieverlust.With this method, energy losses occur that occur in stand-by or part-load operation. The energy losses are caused by the efficiency of the recuperation, which in technical practice is 90%. On the one hand, this loss must be compensated for by supplying energy to the still unsterile water after its recuperation. On the other hand, the recuperated sterile water must also be cooled to the same extent. This means that all the water that is not used is continuously heated by the recuperation loss and then cooled again by the same amount. This is a technically avoidable loss of energy.

US 4 416 194 offenbart eine Zubereitungsvorrichtung für Erfrischungsgetränke. Ein Getränk wird durch eine Leitung zu und durch einen Wärmerückgewinnungsregenerator geleitet und nimmt dabei Wärme von einem im Gegenstrom geleiteten, bereits pasteurisierten Getränk auf. Das vorgewärmte Getränk wird zu und durch einen Hauptgetränkeerhitzer geleitet, nimmt dabei Wärme von einer im Gegenstrom geleiteten, heißen Flüssigkeit auf und wird durch eine Heißhaltestrecke geleitet, um pasteurisiert zu werden. Das pasteurisierte Getränk gelangt dann zu dem Wärmerückgewinnungsregenerator und von dort in eine Vorrichtung zum Abkühlen und zum Versetzen mit Kohlensäure. Am Ende der Heißhaltestrecke ist ein erster Temperatursensor vorgesehen, um zu überprüfen, ob die Temperatur des Getränks ausreichend hoch ist. Ist dies nicht der Fall, so wird das Produkt mittels eines Umleitungsventils zurück zu dem Hauptgetränkeerhitzer geleitet. Am Ende der Heißhaltestrecke ist zudem ein zweiter Temperatursensor vorgesehen, um zu überprüfen, ob die Temperatur des Getränks zu hoch ist. Ist dies der Fall, so kann der heißen Flüssigkeit kalte Flüssigkeit zugeführt werden, so dass in weiteren Umläufen das Produkt nicht zu hoch erhitzt wird. U.S. 4,416,194 discloses a soft drink preparation device. A drink is passed through a conduit to and through a heat recovery regenerator, absorbing heat from an already pasteurized drink that is directed in a countercurrent. The preheated beverage is passed to and through a main beverage heater, absorbing heat from a countercurrent hot liquid and is passed through a holding section to be pasteurized. The pasteurized beverage then goes to the heat recovery regenerator and from there to a cooling and carbonating device. A first temperature sensor is provided at the end of the holding section in order to check whether the temperature of the beverage is sufficiently high. If this is not the case, the product is directed back to the main beverage heater by means of a bypass valve. A second temperature sensor is also provided at the end of the holding section to check whether the temperature of the drink is too high. If this is the case, cold liquid can be added to the hot liquid so that the product is not heated too high in further circulations.

DE 693 11 389 T2 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung eines flüssigen Produkts. Die Vorrichtung umfasst einen Vorratsbehälter, der über Primärleitungen eines Regenerators nacheinander mit einer Pumpe, einem Pasteurisiergerät, einem Temperaturhalteelement und einem Vielwegeventil verbunden ist, welche mittels Rohre in Reihe geschaltet sind. Das Vielwegeventil ist in einer ersten Position mit einer Sekundärleitung des dem Pasteurisiergerät vorgeschalteten Regenerators und in einer zweiten Position mit einem Pumpeneinlass in Verbindung. Zudem ist eine dem Vorratsbehälter unmittelbar nachgeschaltete Produktzuführpumpe vorgesehen. Weiter umfasst die Vorrichtung sowohl an der ersten als auch an der zweiten Position des Vielwegeventils Mittel zum Aufrechterhalten eines positiven Druckunterschieds zwischen den sekundären und den primären Leitungen des Regenerators. DE 693 11 389 T2 discloses a method and apparatus for heat treating a liquid product. The device comprises a storage container which is successively connected via primary lines of a regenerator to a pump, a pasteurizer, a temperature holding element and a multi-way valve, which are connected in series by means of pipes. The multi-way valve is connected in a first position to a secondary line of the regenerator connected upstream of the pasteurizer and in a second position to a pump inlet. In addition, a product feed pump is provided immediately downstream of the storage container. The device further comprises means for maintaining a positive pressure difference between the secondary and the primary lines of the regenerator both at the first and at the second position of the multi-way valve.

Aufgabetask

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Herstellung und Bereitstellung von Sterilwasser und ein Verfahren zum Betreiben der Anlage bereitzustellen, die ein energieffizientes und sicheres Herstellen und Bereitstellen von Sterilwasser ermöglichen.The present invention is therefore based on the object of providing a device for producing and providing sterile water and a method for operating the system, which enable an energy-efficient and safe production and supply of sterile water.

Lösungsolution

Diese Aufgabe wird gelöst mit der Vorrichtung nach Anspruch 1 und dem Verfahren nach Anspruch 9. Weitere Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen offenbart.This object is achieved with the device according to claim 1 and the method according to claim 9. Further embodiments are disclosed in the subclaims.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung und Bereitstellung von Sterilwasser umfasst einen Einlass für Prozesswasser, einen dem Einlass nachfolgenden Rekuperator zur Vorerwämung von Prozesswasser mittels im Gegenstrom fließenden Sterilwassers und zum Abkühlen des Sterilwassers mittels des im Gegenstrom fließenden Prozesswassers und einen dem Rekuperator nachfolgenden Heizkreislauf mit einer Pumpe, einem Erhitzer zum Erhitzen von vorerwärmten Prozesswasser und einer Heißhaltestrecke zum Heißhalten von erhitztem Prozesswasser für eine vorgegebene Zeitdauer mit einer vorgegebenen Temperatur zur Herstellung von Sterilwasser. Weiter umfasst die Vorrichtung einen der Heißhaltestrecke nachfolgenden Temperatursensor zum Messen einer aktuellen Temperatur des die Heißhaltestrecke verlassenden Sterilwassers und ein dem Temperatursensor nachfolgendes Durchflussregelventil, einen Bypass, der zwischen dem Durchflussregelventil und dem Erhitzer vorgesehen ist. Das Durchflussregelventil ist ausgebildet, einen Volumenstrom in dem Heizkreislauf konstant zu halten, wobei der Rekuperator ausgebildet ist, bei Abnahme eines ersten Teilvolumenstroms von Sterilwasser aus dem Heizkreislauf, das Sterilwasser des ersten Teilvolumenstroms abzukühlen, wobei der Bypass ausgebildet ist, einen zweiten Teilvolumenstrom von Sterilwasser, der einer Differenz zwischen dem Volumenstrom und dem ersten Teilvolumenstrom entspricht, in den Heizkreislauf zurückzuleiten.The device according to the invention for producing and providing sterile water comprises an inlet for process water, a recuperator following the inlet for preheating of process water by means of sterile water flowing in countercurrent and for cooling the sterile water by means of the process water flowing in countercurrent and a heating circuit following the recuperator with a pump, a heater for heating preheated process water and a holding section for holding heated process water for a specified period of time with a specified Temperature for the production of sterile water. The device further comprises a temperature sensor following the holding section for measuring a current temperature of the sterile water leaving the holding section and a flow control valve following the temperature sensor, a bypass which is provided between the flow control valve and the heater. The flow control valve is designed to keep a volume flow constant in the heating circuit, the recuperator being designed to cool the sterile water of the first partial volume flow when a first partial volume flow of sterile water is removed from the heating circuit, the bypass being designed to generate a second partial volume flow of sterile water, which corresponds to a difference between the volume flow and the first partial volume flow, to be fed back into the heating circuit.

Das Prozesswasser kann unsteriles Wasser sein. Das Prozesswasser kann auch Anteile von Sterilwasser umfassen. Das Prozesswasser kann durch eine Sterilisierung in Sterilwasser umgewandelt werden. Prozesswasser kann in die Vorrichtung in der Menge eingebracht werden, in der Sterilwasser verbraucht wird. Beispielsweise kann das Prozesswasser mit einer Temperatur zwischen 10°C und 35°C und einem Volumenstrom bis zu 15 m3/h eingebracht werden.The process water can be non-sterile water. The process water can also comprise parts of sterile water. The process water can be converted into sterile water by sterilization. Process water can be introduced into the device in the amount in which sterile water is consumed. For example, the process water can be introduced at a temperature between 10 ° C. and 35 ° C. and a volume flow of up to 15 m 3 / h.

Der Heizkreislauf kann mit einem Volumenstrom, auch Nennvolumenstrom genannt, betrieben werden. Der Volumenstrom im Heizkreislauf kann 7,5 m3/h bis 15 m3/h betragen.The heating circuit can be operated with a volume flow, also called a nominal volume flow. The volume flow in the heating circuit can be 7.5 m 3 / h to 15 m 3 / h.

Im gleichen Maße wie Sterilwasser aus dem Heizkreislauf, z.B. durch einen oder mehrere Verbraucher abgenommen wird, kann Prozesswasser dem Heizkreislauf zugeführt werden.Process water can be fed to the heating circuit to the same extent as sterile water is taken from the heating circuit, e.g. by one or more consumers.

Die Heißhaltestrecke kann eine Länge von 25 m aufweisen, und ein Druck in der Heißhaltestrecke kann 5 bar bei einer Prozesswassertemperatur von maximal 156°C betragen. Die vorgegebene Zeitdauer kann 2 min betragen.The heat holding section can have a length of 25 m, and a pressure in the heat holding section can be 5 bar at a process water temperature of a maximum of 156 ° C. The specified period of time can be 2 minutes.

Nach dem Durchflussregelventil kann ein Druck von 3,5 bar bei einer Abnahme von Sterilwasser bzw. ein Druck von 4,0 bar ohne eine Abnahme von Sterilwasser vorliegen und das Sterilwasser kann eine Temperatur von 135°C aufweisen. Der Kv-Wert des Durchflussregelventils kann bei einer Abnahme von Sterilwasser 12 bzw. bei keiner Abnahme von Sterilwasser 7,5 betragen.After the flow control valve, there can be a pressure of 3.5 bar with a decrease in sterile water or a pressure of 4.0 bar without a decrease in sterile water, and the sterile water can have a temperature of 135 ° C. The Kv value of the flow control valve can be reduced when sterile water 12th or 7.5 if sterile water is not taken.

Nachdem Sterilwasser, z.B. mit dem ersten Teilvolumenstrom, den Rekuperator verlassen hat, kann es eine Temperatur von 40°C aufweisen.After sterile water has left the recuperator, e.g. with the first partial volume flow, it can have a temperature of 40 ° C.

In der Vorrichtung braucht kein Puffertank für das Sterilwasser vorgesehen werden.No buffer tank for the sterile water needs to be provided in the device.

Durch das Vorsehen des Bypasses und dadurch, dass in dem Heizkreislauf ohne Rekuperations- oder Kühlstufe aufgebaut ist, wird bei einer Abnahme eines ersten Teilvolumenstroms nur das Sterilwasser des ersten Teilvolumenstroms rekuperiert und das restliche Sterilwasser, d.h. das Sterilwasser im zweiten Teilvolumenstrom wird über den Bypass in den Heizkreislauf zurückgeleitet. Daher wird ein unnötiges Abkühlen des Sterilwassers des zweiten Teilvolumenstroms vermieden.Due to the provision of the bypass and the fact that there is no recuperation or cooling stage in the heating circuit, only the sterile water of the first partial volume flow is recuperated and the remaining sterile water, i.e. the sterile water in the second partial volume flow, is recuperated via the bypass when a first partial volume flow is decreased returned to the heating circuit. Therefore, unnecessary cooling of the sterile water of the second partial volume flow is avoided.

Weiter kann die Vorrichtung einen dem Rekuperator nachfolgenden Kühler zum Abkühlen von Sterilwasser, das z.B. von einem oder mehreren Verbrauchern abgenommen wird, umfassen. Eine weitere Kühlung des Sterilwassers mittels des Kühlers kann erforderlich sein für die Produktion von karbonisierten Produkten zur Kühlung eines Füllerkessels. Nach dem Kühler kann ein Druck von 3,5 bar vorliegen.The device can furthermore comprise a cooler downstream of the recuperator for cooling down sterile water which is taken off, for example, by one or more consumers. Further cooling of the sterile water by means of the cooler may be necessary for the production of carbonized products for cooling a filler kettle. A pressure of 3.5 bar can be present after the cooler.

Weiter kann die Vorrichtung einen oder mehrere Verbraucher zum Verbrauchen von abgekühltem Sterilwasser umfassen. Das Sterilwasser kann durch den Rekuperator oder durch den Rekuperator und den Kühler abgekühlt worden sein. Das Sterilwasser kann dem oder den Verbrauchern auch lediglich zur Verfügung gestellt werden; z.B. ohne dass der eine oder die mehreren Verbraucher Teil der Vorrichtung sind.Furthermore, the device can comprise one or more consumers for consuming cooled sterile water. The sterile water can have been cooled by the recuperator or by the recuperator and the cooler. The sterile water can also only be made available to the consumer or consumers; e.g. without the one or more consumers being part of the device.

Das Sterilwasser kann beispielsweise verwendet werden zum Abspritzen von Gewinden von höhenverstellbaren Führungsgarnituren, wie beispielsweise in der EP 2 700 613 A1 offenbart, zum Spülen von Füllerkesseln, beispielsweise bei einem Produktwechsel und/oder nach einer heißen CIP, zum Spülen und Kühlen von warmen/heißen Anlagenteilen beispielsweise einer Abfüllanlage und/oder Pasteurisieranlage, zum Abspritzen von Füllern einer Getränkeabfüllanlage und/oder zum Befüllen von Wasserschlössern in der Asepktik. Andere Verwendungsmöglichkeiten des Sterilwassers sind möglich.The sterile water can be used, for example, to spray the threads of height-adjustable guide fittings, such as in the EP 2 700 613 A1 discloses, for rinsing filler kettles, for example during a product change and / or after a hot CIP, for rinsing and cooling warm / hot system parts, for example a filling system and / or pasteurization system, for spraying fillers of a beverage filling system and / or for filling water locks in the aseptic. Other uses of the sterile water are possible.

Weiter kann die Vorrichtung eine dem oder den Verbrauchern nachfolgende Leitung, die für eine Leitungssanitisierung geöffnet werden kann, umfassen.Furthermore, the device can comprise a line following the consumer or consumers, which line can be opened for line sanitation.

In dieser Leitung kann eine endständige Dampfsperre vorgesehen sein. Bis zu dem Druckhalteventil kann der Druck 3,5 bar betragen.A terminal vapor barrier can be provided in this line. Up to the pressure holding valve, the pressure can be 3.5 bar.

Der Pumpe nachfolgend und vor dem Erhitzer kann ein Überströmventil vorgesehen sein. Ein Druck nach dem Überströmventil kann 3 bar bei einer Prozesswassertemperatur von maximal 140°C betragen. Eine Überwachung der Sterilitätsgrenze kann durch eine Druckdifferenz über dem Überströmventil erfolgen. Die Druckdifferenz kann 0,5 bar betragen.An overflow valve can be provided downstream of the pump and upstream of the heater. A pressure after the overflow valve can be 3 bar with a process water temperature of max. 140 ° C. The sterility limit can be monitored by means of a pressure difference across the overflow valve. The pressure difference can be 0.5 bar.

In dem Bypass kann ein Druckhalteventil vorgesehen sein. Bei dem Druckhalteventil des Bypasses kann ein Druckunterschied von 0,5 bar vorgesehen sein.A pressure holding valve can be provided in the bypass. A pressure difference of 0.5 bar can be provided for the pressure holding valve of the bypass.

Der Heizkreislauf kann weiter ein Entgasungs- und Ausdehnungsgefäß umfassen. In dem Entgasungs- und Ausdehnungsgefäß kann ein Druck von 3 bar vorliegen.The heating circuit can further comprise a degassing and expansion vessel. A pressure of 3 bar can be present in the degassing and expansion vessel.

Ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung wie oben oder weiter unten beschrieben umfasst die folgenden Schritte:

  • - Zuführen von Prozesswasser zu der Vorrichtung durch einen Einlass der Vorrichtung,
  • - Vorerwärmen des Prozesswassers in einem Rekuperator der Vorrichtung mittels im Gegenstrom fließenden Sterilwassers,
  • - Erhitzen des vorerwärmten Prozesswassers in einem Erhitzer der Vorrichtung,
  • - Heißhalten des erhitzen Prozesswassers in einer Heißhaltestrecke der Vorrichtung für eine vorgegebene Zeitdauer mit einer vorgegebenen Temperatur zur Herstellung des Sterilwassers,
  • - Regeln eines konstanten Volumenstroms in einem Heizkreislauf der Vorrichtung mittels eines Durchflussregelventils der Vorrichtung, um eine Heißhaltezeit im Heizkreislauf konstant zu halten,
  • - erstes Abkühlen eines ersten Teilvolumenstroms von Sterilwasser, der aus dem Heizkreislauf abgenommen wird, in dem Rekuperator und
  • - Zurückleiten eines zweiten Teilvolumenstroms von Sterilwasser, der einer Differenz zwischen dem Volumenstrom und dem ersten Teilvolumenstrom entspricht, über einen Bypass der Vorrichtung in den Heizkreislauf.
A method for operating a device as described above or below comprises the following steps:
  • - supplying process water to the device through an inlet of the device,
  • - Preheating of the process water in a recuperator of the device by means of sterile water flowing in countercurrent,
  • - heating of the preheated process water in a heater of the device,
  • - Holding the heated process water in a holding section of the device for a specified period of time at a specified temperature to produce the sterile water,
  • - regulating a constant volume flow in a heating circuit of the device by means of a flow control valve of the device in order to keep a holding time in the heating circuit constant,
  • - First cooling of a first partial volume flow of sterile water, which is taken from the heating circuit, in the recuperator and
  • - Returning a second partial volume flow of sterile water, which corresponds to a difference between the volume flow and the first partial volume flow, via a bypass of the device into the heating circuit.

Das Verfahren kann weiter den Schritt eines zweiten Abkühlens des Sterilwassers in einem Kühler der Vorrichtung umfassen.The method can further comprise the step of a second cooling of the sterile water in a cooler of the device.

Das Verfahren kann weiter den Schritt eines Leitens des abgekühlten Sterilwassers zu einem Verbraucher oder mehreren Verbrauchern umfassen. Das abgekühlte Sterilwasser kann durch das erste Abkühlen oder durch das erste und zweite Abkühlen abgekühlt worden sein.The method can further comprise the step of directing the cooled sterile water to one or more consumers. The cooled sterile water can have been cooled by the first cooling or by the first and second cooling.

Bei dem Druckhalteventil kann ein Druckunterschied von 0,5 bar vorgesehen sein.A pressure difference of 0.5 bar can be provided for the pressure holding valve.

Nach dem Durchflussregelventil kann ein Druck von 3,5 bar bei einer Abnahme von Sterilwasser oder ein Druck von 4,0 bar ohne eine Abnahme von Sterilwasser vorgesehen sein.After the flow control valve, a pressure of 3.5 bar when sterile water is drawn off or a pressure of 4.0 bar without sterile water being drawn off can be provided.

FigurenlisteFigure list

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie anhand der Figuren. Hierbei zeigt:

  • 1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Herstellung von Sterilwasser,
  • 2 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben der Vorrichtung zur Herstellung und Bereitstellung von Sterilwasser.
Further advantages and features of the present invention emerge from the following description of exemplary embodiments and on the basis of the figures. Here shows:
  • 1 a schematic view of a device for the production of sterile water,
  • 2 a flow chart of a method for operating the device for producing and providing sterile water.

Ausführliche BeschreibungDetailed description

Die 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Vorrichtung 1 zur Herstellung von Sterilwasser, deren Elemente in der Darstellung in dem strichpunktierten Bereich zu sehen sind. Der Verbraucher 12 muss nicht von der Vorrichtung 1 umfasst sein, optional kann der Verbraucher 12 aber auch von der Vorrichtung 1 umfasst sein. Durch einen ersten Einlass 2 kann Prozesswasser in eine Leitung mit einem Druckminderer 22 eingebracht werden, durch die das Prozesswasser zu und durch einen Rekuperator 3 geleitet werden kann. Beispielsweise kann das Prozesswasser mit einer Temperatur zwischen 10°C und 35°C und einem Volumenstrom von bis zu 15 m3/h eingebracht werden. In dem Rekuperator 3 kann eine Vorerwärmung des Prozesswassers mittels im Gegenstrom fließendes heißes Sterilwasser erfolgen. Von dem Rekuperator 3 kann das vorerwärmte Prozesswasser mittels einer Pumpe 4 durch einen Heizkreislauf gepumpt werden, um dort sterilisiert zu werden. Ein Nennvolumenstrom im Heizkreislauf kann 7,5 m3/h bis 15 m3/h betragen.The 1 shows a schematic view of a device 1 for the production of sterile water, the elements of which can be seen in the diagram in the dash-dotted area. The consumer 12th does not have to be from the device 1 be included, optionally the consumer 12th but also from the device 1 be included. Through a first entry 2 can process water in a line with a pressure reducer 22nd be introduced through which the process water to and through a recuperator 3rd can be directed. For example, the process water can be introduced at a temperature between 10 ° C and 35 ° C and a volume flow of up to 15 m 3 / h. In the recuperator 3rd the process water can be preheated by means of hot sterile water flowing in countercurrent. From the recuperator 3rd can the preheated process water by means of a pump 4th be pumped through a heating circuit to be sterilized there. A nominal volume flow in the heating circuit can be 7.5 m 3 / h to 15 m 3 / h.

Das vorerwärmte Prozesswasser kann an einem Entgasungs- und Ausdehnungsgefäß 18 vorbei und/oder durch das Entgasungs- und Ausdehnungsgefäß 18 hindurch zu und durch die Pumpe 4 und zu und durch einen Erhitzer 6 geleitet werden. In dem Entgasungs- und Ausdehnungsgefäß 18 kann ein Druck von 3 bar vorliegen. Nach der Pumpe 4 und vor dem Erhitzer 6 ist ein Überströmventil 21 vorgesehen. Der Druck nach dem Überströmventil 21 kann 3 bar bei einer Prozesswassertemperatur von maximal 140°C betragen. Eine Überwachung der Sterilitätsgrenze kann durch eine Druckdifferenz über dem Überströmventil 21 erfolgen. Die Druckdifferenz kann 0,5 bar betragen.The preheated process water can be supplied to a degassing and expansion vessel 18th past and / or through the degassing and expansion vessel 18th through to and through the pump 4th and to and through a heater 6th be directed. In the degassing and expansion vessel 18th a pressure of 3 bar can be present. After the pump 4th and before the heater 6th is an overflow valve 21 intended. The pressure after the overflow valve 21 can be 3 bar at a process water temperature of max. 140 ° C. A monitoring of the The sterility limit can be determined by a pressure difference across the overflow valve 21 respectively. The pressure difference can be 0.5 bar.

In dem Erhitzer 6 kann das vorerwärmte Prozesswasser im Gegenstrom zu Dampf erhitzt werden. Nach dem Erhitzer 6 kann das erhitzte Prozesswasser zu und durch eine Heißhaltestrecke 7 geleitet werden, in der das erhitze Prozesswasser für eine vorgegebene Zeitdauer auf einer vorgegebenen Temperatur gehalten werden kann, um letztendlich sterilisiert zu werden. Die Heißhaltestrecke 7 kann eine Länge von 25 m aufweisen, und ein Druck in der Heißhaltestrecke 7 kann 5 bar bei einer Prozesswassertemperatur von maximal 156°C betragen. Die vorgegebene Zeitdauer kann 2 min betragen.In the heater 6th the preheated process water can be heated in countercurrent to steam. After the heater 6th can the heated process water to and through a holding section 7th be passed, in which the heated process water can be kept for a predetermined period of time at a predetermined temperature in order to be finally sterilized. The holding line 7th can have a length of 25 m, and a pressure in the holding zone 7th can be 5 bar at a process water temperature of maximum 156 ° C. The specified period of time can be 2 minutes.

Nach der Heißhaltestrecke 7 ist ein Temperatursensor 8 angeordnet, um die aktuelle Temperatur des Sterilwassers nach der Heißhaltestrecke 7 zu messen.After the holding section 7th is a temperature sensor 8th arranged to the current temperature of the sterile water after the holding section 7th to eat.

Optional kann ermittelt werden, ob die aktuelle Temperatur eine Vorgabe erfüllt, z.B. ob die aktuelle Temperatur einer vorgegebenen Temperatur entspricht und/oder in einem vorgegebenen Temperaturbereich liegt. Ist dies der Fall, so kann davon ausgegangen werden, dass im Heizkreislauf Sterilwasser hergestellt wurde.Optionally, it can be determined whether the current temperature meets a specification, e.g. whether the current temperature corresponds to a specified temperature and / or lies in a specified temperature range. If this is the case, it can be assumed that sterile water has been produced in the heating circuit.

Wird Sterilwasser benötigt, beispielsweise von einem oder mehreren Verbrauchern, so kann aus einem Sterilwassersystem, das dem Durchflussregelventil 9 nachfolgend ist, ein erforderlicher Teilvolumenstrom abgezogen werden. Das Sterilwasser wird dabei durch einen ersten Eingang 20 durch den Rekuperator 3 geleitet, wo es abgekühlt wird. Wird kein Sterilwasser benötigt, so wird das Sterilwasser über einen Bypass 10 durch das Druckhalteventil 5 zurück zu und durch den Erhitzer 6 geleitet.If sterile water is required, for example by one or more consumers, a sterile water system connected to the flow control valve 9 below, a required partial volume flow must be deducted. The sterile water is supplied through a first input 20th through the recuperator 3rd where it is cooled. If no sterile water is required, the sterile water is supplied via a bypass 10 through the pressure holding valve 5 back to and through the heater 6th directed.

Nach dem Durchflussregelventil 9 kann ein Druck von 3,5 bar bei einer Abnahme von Sterilwasser bzw. ein Druck von 4,0 bar ohne eine Abnahme von Sterilwasser vorliegen und das Sterilwasser kann eine Temperatur von 135°C aufweisen. Der Kv-Wert des Durchflussregelventils 9 kann bei einer Abnahme von Sterilwasser 12 bzw. bei keiner Abnahme von Sterilwasser 7,5 betragen.After the flow control valve 9 a pressure of 3.5 bar with a decrease in sterile water or a pressure of 4.0 bar without a decrease in sterile water can be present and the sterile water can have a temperature of 135 ° C. The Kv value of the flow control valve 9 can with a decrease in sterile water 12th or 7.5 if sterile water is not taken.

Nachdem das Sterilwasser den Rekuperator 3 verlassen hat, kann es eine Temperatur von 40°C aufweisen und zu und durch einen Kühler 11 geleitet werden, in dem das Sterilwasser mittels im Gegenstrom fließendes Eiswasser oder andersartiges Kühlwasser, z.B. Kühlturmwasser, weiter abgekühlt werden kann. Eine Kühlung des Sterilwassers mittels des Kühlers 11 kann erforderlich sein für die Produktion von karbonisierten Produkten zur Kühlung eines Füllerkessels. Optional kann das Sterilwasser den Kühler 11 auch ohne eine stattfindende Kühlung durchlaufen. Nach dem Kühler 11 kann ein Druck von 3,5 bar vorliegen und das Sterilwasser kann einem oder mehreren Verbrauchern 12 zur Verwendung zugeführt werden.After the sterile water has passed the recuperator 3rd it can have a temperature of 40 ° C and to and through a cooler 11 in which the sterile water can be further cooled by means of ice water flowing in countercurrent or other types of cooling water, for example cooling tower water. A cooling of the sterile water by means of the cooler 11 may be required for the production of carbonated products to cool a filler kettle. Optionally, the sterile water can use the cooler 11 run through even without cooling taking place. After the cooler 11 a pressure of 3.5 bar can be present and the sterile water can be used by one or more consumers 12th are supplied for use.

Nicht benötigtes Sterilwasser, also z.B. solches Sterilwasser, welches beispielsweise keinem Verbraucher zugeführt wird, kann über den Bypass 10 durch das Druckhalteventil 5 zurück zu und durch den Erhitzer 6 geleitet werden. Im gleichen Maße wie Sterilwasser durch die Verbraucher 12 verbraucht wird, kann Prozesswasser dem Heizkreislauf zugeführt werden, um neues Sterilwasser herzustellen und bereitzustellen.Sterile water that is not required, for example sterile water that is not supplied to any consumer, can be passed through the bypass 10 through the pressure holding valve 5 back to and through the heater 6th be directed. To the same extent as sterile water by consumers 12th is consumed, process water can be fed to the heating circuit in order to produce and provide new sterile water.

Im Anschluss an eine dem oder den mehreren Verbrauchern 12 nachfolgende Leitung 13 ist eine Dampfsperre 23 vorgesehen, die ein Ventil 24, ein Gullyventil 25 und ein Sitzventil 26 umfasst.Following one or more consumers 12th subsequent line 13th is a vapor barrier 23 provided that a valve 24 , a gully valve 25th and a poppet valve 26th includes.

Der Dampf für den Erhitzer 6 kann durch einen zweiten Einlass 14 eingebracht, beispielsweise mit 9 bar, und zu und durch den Erhitzer 6 geleitet werden. Im Erhitzer 6 kann er im Gegenstrom Wärme an das vorerwärmte Prozesswasser abgeben. Über einen ersten Auslass 15 kann der kondensierte Dampf als Kondensat ausgebracht werden, beispielsweise mit weniger als 2 bar.The steam for the heater 6th can through a second inlet 14th introduced, for example at 9 bar, and to and through the heater 6th be directed. In the heater 6th it can give off heat to the preheated process water in countercurrent. Via a first outlet 15th the condensed steam can be discharged as condensate, for example with less than 2 bar.

Das Eiswasser oder anderweitiges Kühlwasser, z.B. Kühlturmwasser, für den Kühler 11 kann durch einen dritten Einlass 16 eingebracht werden und zu und durch den Kühler 11 geleitet werden. Beispielsweise kann das Eiswasser oder anderweitiges Kühlwasser, z.B. Kühlturmwasser, eine Temperatur von weniger als 5°C und eine Rate von 25 m3/h aufweisen. Im Kühler 11 kann das Eiswasser oder anderweitiges Kühlwasser, z.B. Kühlturmwasser, im Gegenstrom Wärme von dem erhitzten Sterilwasser aufnehmen. Das im Kühler 11 erwärmte Eiswasser oder anderweitiges Kühlwasser, z.B. Kühlturmwasser, kann über einen zweiten Auslass 17 ausgebracht werden.The ice water or other cooling water, for example cooling tower water, for the cooler 11 can through a third inlet 16 be introduced and to and through the cooler 11 be directed. For example, the ice water or other cooling water, for example cooling tower water, can have a temperature of less than 5 ° C. and a rate of 25 m 3 / h. In the cooler 11 the ice water or other cooling water, for example cooling tower water, can absorb heat from the heated sterile water in countercurrent. That in the cooler 11 heated ice water or other cooling water, for example cooling tower water, can be discharged through a second outlet 17th be applied.

Die 2 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben der Vorrichtung zur Herstellung von Sterilwasser.The 2 shows a flow chart of a method for operating the device for producing sterile water.

Im Schritt 100 erfolgt ein Zuführen von Prozesswasser zu der Vorrichtung.In step 100 process water is supplied to the device.

Danach erfolgt im Schritt 101 ein Vorerwärmen des Prozesswassers im Rekuperator.Then takes place in step 101 a preheating of the process water in the recuperator.

Dann erfolgt im Schritt 102 ein Erhitzen des vorerwärmten Prozesswassers im Erhitzer.Then takes place in step 102 a heating of the preheated process water in the heater.

Anschließend erfolgt im Schritt 103 ein Heißhalten des erhitzen Prozesswassers in der Heißhaltestrecke für eine vorgegebene Zeitdauer mit einer vorgegebenen Temperatur. So kann das Sterilwasser hergestellt werden.Then takes place in step 103 keeping the heated process water hot in the Heat holding section for a predetermined period of time at a predetermined temperature. This is how the sterile water can be produced.

Im Schritt 104 erfolgt ein Regeln eines konstanten Volumenstroms in einem Heizkreislauf der Vorrichtung mittels eines Durchflussregelventils der Vorrichtung, um eine Heißhaltezeit im Heizkreislauf konstant zu halten. Das Regeln des konstanten Volumenstroms im Heizkreislauf kann während des gesamten Verfahrens zum Betreiben der Vorrichtung zur Herstellung von Sterilwasser erfolgen.In step 104 there is a regulation of a constant volume flow in a heating circuit of the device by means of a flow control valve of the device in order to keep a holding time in the heating circuit constant. The constant volume flow in the heating circuit can be regulated during the entire process for operating the device for producing sterile water.

Im Schritt 105 erfolgt ein erstes Abkühlen eines ersten Teilvolumenstroms von Sterilwasser, das aus dem Heizkreislauf abgenommen wird, in dem Rekuperator. Dieser Schritt 105 kann erfolgen, nachdem Sterilwasser hergestellt wurde und beispielsweise der erste Teilvolumenstrom durch einen/mehrere Verbraucher aus dem Heizkreislauf angenommen wird.In step 105 a first cooling of a first partial volume flow of sterile water, which is taken from the heating circuit, takes place in the recuperator. This step 105 can take place after sterile water has been produced and, for example, the first partial volume flow is accepted by one / more consumers from the heating circuit.

Im Schritt 106 erfolgt ein Zurückleiten eines zweiten Teilvolumenstroms von Sterilwasser, der einer Differenz zwischen dem Volumenstrom und dem ersten Teilvolumenstrom entspricht, über einen Bypass der Vorrichtung in den Heizkreislauf.In step 106 there is a return of a second partial volume flow of sterile water, which corresponds to a difference between the volume flow and the first partial volume flow, via a bypass of the device into the heating circuit.

Optional kann im Schritt 107 nach dem ersten Abkühlen ein zweites Abkühlen des ersten Teilvolumenstroms des Sterilwassers im Kühler erfolgen. Anschließend an das erste Abkühlen oder anschließend an das erste und zweite Abkühlen erfolgt im Schritt 108 ein Leiten des abgekühlten Sterilwassers zu dem oder den mehreren Verbrauchern.Optionally, in step 107 after the first cooling, a second cooling of the first partial volume flow of the sterile water takes place in the cooler. Subsequent to the first cooling or subsequent to the first and second cooling takes place in step 108 directing the cooled sterile water to the one or more consumers.

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Claims (13)

Vorrichtung (1) zur Herstellung und Bereitstellung von Sterilwasser umfassend: - einen Einlass (2) für Prozesswasser, - einen dem Einlass (2) nachfolgenden Rekuperator (3) zur Vorerwämung von Prozesswasser mittels im Gegenstrom fließenden Sterilwassers und zum Abkühlen des Sterilwassers mittels des im Gegenstrom fließenden Prozesswassers, - einen dem Rekuperator (3) nachfolgenden Heizkreislauf mit einer Pumpe (4), einem Erhitzer (6) zum Erhitzen von vorerwärmten Prozesswasser und einer Heißhaltestrecke (7) zum Heißhalten von erhitztem Prozesswasser für eine vorgegebene Zeitdauer mit einer vorgegebenen Temperatur zur Herstellung von Sterilwasser, gekennzeichnet durch - einen der Heißhaltestrecke (7) nachfolgenden Temperatursensor (8) zum Messen einer aktuellen Temperatur des die Heißhaltestrecke (7) verlassenden Sterilwassers, - ein dem Temperatursensor (8) nachfolgendes Durchflussregelventil (9), - einen Bypass (10), der zwischen dem Durchflussregelventil (9) und dem Erhitzer (6) vorgesehen ist, wobei das Durchflussregelventil (9) ausgebildet ist, einen Volumenstrom in dem Heizkreislauf konstant zu halten, wobei der Rekuperator (3) ausgebildet ist, bei Abnahme eines ersten Teilvolumenstroms von Sterilwasser aus dem Heizkreislauf, das Sterilwasser des ersten Teilvolumenstroms abzukühlen, wobei der Bypass (10) ausgebildet ist, einen zweiten Teilvolumenstrom von Sterilwasser, der einer Differenz zwischen dem Volumenstrom und dem ersten Teilvolumenstrom entspricht, in den Heizkreislauf zurückzuleiten.Device (1) for the production and provision of sterile water comprising: - an inlet (2) for process water, - a recuperator (3) following the inlet (2) for preheating process water by means of sterile water flowing in countercurrent and for cooling the sterile water by means of the im Countercurrent flow of process water, - a heating circuit following the recuperator (3) with a pump (4), a heater (6) for heating preheated process water and a holding section (7) for holding heated process water for a specified period of time at a specified temperature Production of sterile water, characterized by - a temperature sensor (8) following the holding section (7) for measuring a current temperature of the sterile water leaving the holding section (7), - a flow control valve (9) following the temperature sensor (8), - a bypass (10) ), which is provided between the flow control valve (9) and the heater (6) can be seen, wherein the flow control valve (9) is designed to keep a volume flow in the heating circuit constant, wherein the recuperator (3) is designed to cool the sterile water of the first partial volume flow when a first partial volume flow of sterile water is removed from the heating circuit, the Bypass (10) is designed to return a second partial volume flow of sterile water, which corresponds to a difference between the volume flow and the first partial volume flow, into the heating circuit. Die Vorrichtung nach Anspruch 1 weiter umfassend einen dem Rekuperator (3) nachfolgenden Kühler (11) zum weiteren Abkühlen von Sterilwasser.The device according to Claim 1 further comprising a cooler (11) following the recuperator (3) for further cooling of sterile water. Die Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 weiter umfassend einen oder mehrere Verbraucher (12) zum Verbrauchen von abgekühltem Sterilwasser.The device according to Claim 1 or 2 further comprising one or more consumers (12) for consuming cooled sterile water. Die Vorrichtung nach Anspruch 3 weiter umfassend eine dem oder den Verbrauchern (12) nachfolgende Leitung (13), die für eine Leitungssanitisierung geöffnet werden kann.The device according to Claim 3 further comprising a line (13) which follows the consumer (s) (12) and which can be opened for a line sanitization. Die Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei in der Leitung (13) eine endständige Dampfsperre (23) vorgesehen ist.The device according to Claim 4 , wherein a terminal vapor barrier (23) is provided in the line (13). Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Pumpe (4) nachfolgend und vor dem Erhitzer (6) ein Überströmventil (21) vorgesehen ist.The device according to one of the Claims 1 to 5 , an overflow valve (21) being provided downstream of the pump (4) and upstream of the heater (6). Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei in dem Bypass (10) ein Druckhalteventil (5) vorgesehen ist.The device according to one of the Claims 1 to 6th , a pressure holding valve (5) being provided in the bypass (10). Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Heizkreislauf weiter ein Entgasungs- und Ausdehnungsgefäß (18) umfasst.The device according to one of the Claims 1 to 7th , wherein the heating circuit further comprises a degassing and expansion vessel (18). Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: - Zuführen (100) von Prozesswasser zu der Vorrichtung (1) durch einen Einlass (2) der Vorrichtung (1), - Vorerwärmen (101) des Prozesswassers in einem Rekuperator (3) der Vorrichtung (1) mittels im Gegenstrom fließenden Sterilwassers, - Erhitzen (102) des vorerwärmten Prozesswassers in einem Erhitzer (6) der Vorrichtung (1), - Heißhalten (103) des erhitzen Prozesswassers in einer Heißhaltestrecke (7) der Vorrichtung (1) für eine vorgegebene Zeitdauer mit einer vorgegebenen Temperatur, - Regeln (104) eines konstanten Volumenstroms in einem Heizkreislauf der Vorrichtung (1) mittels eines Durchflussregelventils (9) der Vorrichtung (1), um eine Heißhaltezeit im Heizkreislauf konstant zu halten, - erstes Abkühlen (105) eines ersten Teilvolumenstroms von Sterilwasser, das aus dem Heizkreislauf abgenommen wird, in dem Rekuperator (3) und - Zurückleiten (106) eines zweiten Teilvolumenstroms von Sterilwasser, der einer Differenz zwischen dem Volumenstrom und dem ersten Teilvolumenstrom entspricht, über einen Bypass (10) der Vorrichtung (1) in den Heizkreislauf.Method for operating a device (1) according to one of the Claims 1 to 8th , the method comprising the following steps: - feeding (100) process water to the device (1) through an inlet (2) of the device (1), - preheating (101) the process water in a recuperator (3) of the device ( 1) by means of sterile water flowing in countercurrent, - heating (102) the preheated process water in a heater (6) of the device (1), - holding (103) the heated process water in a holding section (7) of the device (1) for a given Duration with a predetermined temperature, - regulating (104) a constant volume flow in a heating circuit of the device (1) by means of a flow control valve (9) of the device (1) in order to keep a holding time in the heating circuit constant, - first cooling (105) a first partial volume flow of sterile water, which is taken from the heating circuit, in the recuperator (3) and - return (106) a second partial volume flow of sterile water, which is a difference between the Volume flow and the first partial volume flow corresponds to a bypass (10) of the device (1) in the heating circuit. Das Verfahren nach Anspruch 9, weiter umfassend den Schritt: - zweites Abkühlen (107) des Sterilwassers in einem Kühler (11) der Vorrichtung (1).The procedure after Claim 9 , further comprising the step: second cooling (107) of the sterile water in a cooler (11) of the device (1). Das Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, weiter umfassend den Schritt: - Leiten (108) des abgekühlten Sterilwassers zu einem oder mehreren Verbrauchern (12).The procedure after Claim 9 or 10 , further comprising the step: - conveying (108) the cooled sterile water to one or more consumers (12). Das Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei bei dem Druckhalteventil (5) ein Druckunterschied von 0,5 bar vorgesehen ist.The method according to one of the Claims 9 to 11 , whereby a pressure difference of 0.5 bar is provided for the pressure holding valve (5). Das Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei nach dem Durchflussregelventil (9) ein Druck von 3,5 bar bei einer Abnahme von Sterilwasser oder ein Druck von 4,0 bar ohne eine Abnahme von Sterilwasser vorgesehen ist.The method according to one of the Claims 9 to 12th , with a pressure of 3.5 bar in the case of a decrease in sterile water or a pressure of 4.0 bar without a decrease in sterile water being provided after the flow control valve (9).
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